Question

已知甲烷隔絕空氣在不同溫度下可能發(fā)生如下兩個裂解反應(yīng)：

①CH₄(g)→C(s)+2H₂(g)

②2CH₄(g)→C₂H₂(g)+3H₂(g)

某同學(xué)為了得到用天然氣制取炭黑的允許溫度范圍和最佳溫度，在圖書館查到如下熱力學(xué)數(shù)據(jù)：

反應(yīng)①的ΔH(298 K)=74.848kJ·mol^-1，

ΔS(298 K)=80.674 J·mol^-1·K^-1；

反應(yīng)②的ΔH(298 K)=376.426 kJ·mol^-1，

ΔS(298 K)=220.211 J·mol^-1·K^-1。

已知焓變和熵變隨溫度變化很小。請幫助這位同學(xué)解決如下問題：

(1)制取炭黑的反應(yīng)是___________(填“高溫”或“低溫”)自發(fā)反應(yīng)。

(2)通過計算判斷制取炭黑的反應(yīng)在常溫下能否自發(fā)進(jìn)行。

(3)求制取炭黑的允許溫度范圍。

Answer 1

(1)反應(yīng)①的ΔH＞0，ΔS＞0，高溫下可自發(fā)進(jìn)行。

(2)常溫下：ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol^-1-298K×0.080 674 kJ·mol^-1·K^-1>0，不能自發(fā)進(jìn)行。

(3)制取炭黑應(yīng)使反應(yīng)①自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)②不能自發(fā)進(jìn)行，即①的ΔH-TΔS＜0，②的ΔH-TΔS＞0，即允許溫度范圍為927.8 K＜T＜1 709.4 K。

答案：(1)高溫

(2)ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol^-1-298 K×0.080 674 kJ·mol^-1·K^-1＞0，

不能自發(fā)進(jìn)行。

(2)927.8 K＜T＜1 709.4 K